[发明专利]一种钙钛矿纳米晶薄膜及其成膜方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿纳米晶薄膜及其成膜方法和应用，所述成膜方法通过多步交替滴涂和旋涂的方式制备钙钛矿纳米晶薄膜，提升钙钛矿纳米晶薄膜的覆盖率，保证膜层厚度，且基于该薄膜制备的LED的良品率大幅提升、发光颜色更纯、器件效率更高。

技术领域

本发明涉及光电器件材料技术领域，更具体地涉及一种钙钛矿纳米晶薄膜及其成膜方法和应用。

背景技术

钙钛矿材料具有高荧光量子产率(PLQY)、可调节带隙和溶液可加工性等优良特性，近年来发展迅速。得益于这些优势，钙钛矿体材料发光二极管 (LED)取得了很大进展，绿色、红色和近红外钙钛矿发光二极管的高外部量子效率(EQE)达到了20％以上。然而基于钙钛矿纳米晶的LED发展相对缓慢。相较于体材料而言，钙钛矿纳米晶的PLQY能达到100％、带隙调控范围更大、且色纯度更高，有希望进一步推动LED产业的升级。目前高质量钙钛矿纳米晶LED发光层的构筑是实现高性能的一个关键问题。

其中，刮涂法适用于大面积制备钙钛矿纳米晶薄膜，但是刮涂法制备钙钛矿纳米晶薄膜的成核不均导致结晶过程不易控制，并且对退火设备依赖性较高，难以制备高性能的钙钛矿纳米晶LED。常规的旋涂方法制备的纳米晶薄膜表面覆盖度偏低、厚度较薄，这些缺点是制约其性能和良品率的关键因素。低覆盖率和薄的钙钛矿纳米晶薄膜往往导致空穴传输层和电子传输层之间的短路，使得LED不发光，或者不可控的出现空穴/电子传输层的发光，严重影响LED的各项性能指标；并且常规的旋涂方法是一种通过离心力的作用成膜的工艺，在成膜过程中原料浪费严重，难以满足实际应用需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种钙钛矿纳米晶薄膜的成膜方法，通过将钙钛矿纳米晶溶液采用滴涂和旋涂交替进行涂制的成膜方式提升钙钛矿纳米晶薄膜的覆盖率，并保证膜层厚度；基于该薄膜制备的LED器件的良品率大幅提升、发光颜色更纯、器件效率更高，在钙钛矿光电器件领域中有着普适的应用前景。

本发明提供一种钙钛矿纳米晶薄膜的成膜方法，所述方法包括：将钙钛矿纳米晶溶液通过多步交替涂制在基片上，如图5所示，所述多步交替涂制是指滴涂和旋涂交替进行，每次滴涂或旋涂后需进行干燥，再进行下一步涂制。

优选的，所述多步交替涂制按照先滴涂后旋涂的顺序交替进行，交替次数为3-10次，交替1次相当于滴涂1次后旋涂1次；

其中，交替涂制3次即滴涂和旋涂各3次时薄膜覆盖率和厚度最佳；

其中，滴涂和旋涂交替进行，每次滴涂和旋涂使用的钙钛矿纳米晶溶液量为50-200μL；

优选的，所述滴涂干燥温度为15-60℃，时间为5-45分钟；

优选的，所述旋涂转速1000-6000rpm，加速度300-1000r/s，旋涂时间为 15-90秒。

优选的，所述钙钛矿纳米晶溶液的溶剂为甲苯、辛烷、正己烷、环己烷、二氯甲苯、三氯甲苯、四氯化碳、正丁醇、乙酸乙酯中的任意一种或者任意几种溶剂的混合；采用这些溶剂的制备的薄膜中纳米晶的分散性较好，更利于成膜。

本发明所述的一种钙钛矿纳米晶薄膜的成膜方法，所述钙钛矿纳米晶材料为钙钛矿卤化物及其衍生物，所述钙钛矿卤化物及其衍生物结构通式包括 ABX₃、AB₂X₅、A₄BX₆、A₂BX₄、A₃BX₅，其中，A＝Cs⁺、Rb⁺、甲胺离子、甲脒离子的任意一种或者任意几种的混合；B＝Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺的任意一种或者任意几种的混合；X＝Cl、Br、I的任意一种或者任意几种的混合。